고체상 펩타이드 합성 – 초음파 처리를 통해 효율성 향상
고체상 펩타이드 합성(SPPS)은 펩타이드 합성을 위한 일반적인 방법입니다. 초음파는 고체상 펩타이드 합성을 강화하여 더 높은 수율, 향상된 순도, racemization 및 크게 가속화 된 반응 속도를 제공하는 신뢰할 수있는 도구입니다. Hielscher 초음파는 펩타이드 합성, 분열 및 용해를위한 다양한 초음파 솔루션을 제공합니다.
Ultrasonic Solid-Phase Peptide Synthesis
초음파는 이미 유기 합성에서 강화 방법으로 널리 적용되고 있으며 반응 시간 급격히 단축, 수율 향상, 부산물 감소, 다른 방법으로는 달성 할 수없는 경로 시작 및 / 또는 더 나은 선택성과 같은 장점으로 잘 알려져 있습니다. 초음파 처리가 펩타이드 합성 반응에 결합 될 때 큰 이점을 얻을 수도 있습니다. 연구 결과에 따르면 초음파 보조 펩타이드 합성은 짧은 반응 시간 내에 라세미화 없이 고순도 펩타이드의 최적화된 수율을 달성합니다.
- 높은 펩타이드 수율
- 현저히 더 빠른 합성
- 더 높은 펩타이드 순도
- 라세미화 없음
- 다양한 펩타이드의 병렬 합성
- Scalable to any volume
향상된 펩타이드 합성을 위해 여러 반응기 용기의 균일 한 초음파 처리를위한 초음파 cuphorn.
Graphic demonstrating the Merrifield solid phase peptide synthesis. Ultrasonication is used to promote and enhance the synthesis reaction as well as for cleavage of the synthesized peptides from the resin.
그래픽: ©Conejos-Sanchez et al., 2014)
| Study | Peptide(s) Studied | Reaction Time (Classical vs US-SPPS) | Crude Purity (Classical vs US-SPPS) | Racemization and Side Reactions | Key Takeaways |
|---|---|---|---|---|---|
| Wołczański et al. (2019) | Met-enkephalin, UB33-43-OCam, TAT48-60-NH2, B2m58-69-NH2, ACP65-74-NH2, β-endorphin | 600–1920 min → 48–284 min | 24.2–71.3% → 60.6–89.9% | None observed for Cys/His, even at 70°C | ~7–12x faster synthesis; major purity improvements, especially for aggregation-prone sequences like TAT. |
| Silva et al. (2021) | Pep1 (12-mer), Pep2 (9-mer), Pep3 (25-mer) | >3515/365 min → ~250/85 min (Pep1/Pep2); Pep3: 347 min (US only) | 73–84% → 72–82% (Pep1/Pep2) | Not tested; slight purity drop in Pep2 noted | 14x time reduction for Pep1; crude yields significantly increased. |
| Merlino et al. (2019) | Model pentapeptides, peptides up to 44-mer, “어려운 시퀀스” (Aβ 1-42, ACP 65-74) | 60 min → 30 min (model) | 84% → 93% (model); significantly higher than thermal heating (~45°C) | No significant increase for Cys/His enantiomers | Highly effective for difficult/aggregation-prone sequences; allows reduced reagent excess while maintaining high purity. |
초음파로 개선된 고체상 펩타이드 합성
고체상 펩타이드 합성(SPPS)은 불용성 다공성 지지체에서 아미노산 유도체의 연속적인 반응을 통해 펩타이드 사슬을 조립할 수 있는 화학 반응입니다. 그러나 기존의 고체상 펩타이드 합성은 상대적으로 비효율적이고 느린 공정입니다. 따라서 펩타이드 합성의 초음파 강화는 펩타이드의 보다 효과적이고 신속한 합성을 위한 높은 평가를 받는 도구입니다.
Silva 등(2021)은 비교하였다 “고전적인” 초음파 (US)를 이용한 SPPS: 섬유아세포 성장 인자 수용체 3(FGFR3) 특이적 펩타이드 Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2) 및 신규 펩타이드 Pep2 (RQMATADEA-NH2)와 Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2)의 합성을 바탕으로 한 초음파(US) 보조 SPPS.
미국의 지원을 받은 SPPS 기술은 기존 방식에 비해 펩타이드 조립 시간을 14배(Pep1) 및 4배(Pep2) 단축시켰으며, “고전적인” 방법. 흥미롭게도, 초음파를 이용한 SPPS는 기존 방법보다 더 높은 순도(82%)의 Pep1을 산출했으며, “고전적인” SPPS (73%). 상당한 시간 단축과 높은 원료 펩타이드 순도를 동시에 달성함에 따라, 연구팀은 소수성 아미노산과 동종 올리고 서열이 다수 포함된 대형 펩타이드인 Pep3에 초음파 보조 SPPS를 적용하게 되었다. 놀랍게도, 이 25-머 펩타이드의 합성은 6시간 미만(347분) 만에 적당한 순도(약 49%)로 달성되었다.
초음파 교반을 사용한 고체상 펩타이드 합성을 통한 더 빠른 펩타이드 합성.
(연구 및 분석: Wołczański et al., 2019)
Merlino 등(2019)은 또한 Fmoc 기반 고상 펩타이드 합성에 대한 초음파의 영향을 포괄적으로 연구했으며, 이를 통해 다양한 생물학적 활성 펩타이드(최대 44-머)를 합성할 수 있었으며, 재료와 반응 시간을 현저히 절감할 수 있었다. 그들은 초음파 처리가 주요 부반응을 악화시키지 않았으며, 다음과 같은 특성을 지닌 펩타이드의 합성을 개선했음을 입증했다. “어려운 시퀀스”, 초음파 촉진 고체상 펩타이드 합성(US-SPPS)을 현재 고효율 펩타이드 합성 전략 중 하나로 배치합니다.
펩타이드의 초음파(음파) 합성을 위한 고성능 시스템의 가용성은 합성 속도를 크게 향상시키고 원료의 순도를 증가시킬 수 있습니다. (Wołczański et al., 2019 참조)
인종화의 조사. 실온에서 고전적 접근 방식과 고온에서 초음파 방법을 사용하여 수동으로 합성된 모델 펩타이드의 중요한 1H NMR 스펙트럼 비교. His 및 Cys α- 양성자 및 Acm (왼쪽 패널)의 메틸렌 그룹 (왼쪽 패널)의 화학적 이동, Val (오른쪽 패널)의 ɣ- 메틸 양성자는 70 ° C에서 초음파 처리가 racemization을 일으키지 않음을 보여줍니다.
(연구 및 분석: Wołczański et al., 2019)
펩티드의 초음파 절단
고체상 펩타이드 합성(SPPS) 후 합성된 펩타이드를 고분자 수지에서 절단해야 합니다. 이 단계를 보호 해제라고도 합니다. 수지의 펩타이드 절단에 대한 일반적인 진탕 및 초음파를 비교할 때 진탕 방법은 약 1 시간이 소요되는 반면 초음파 절단은 15-20 분 내에 완료 할 수 있습니다. 초음파 펩타이드 절단은 벤질 에스테르 결합을 통해 폴리스티렌 수지에 연결된 보호된 아미노산 및 펩타이드의 절단에 적용할 수 있습니다.
폴리스티렌 수지에서 펩타이드의 초음파 절단은 빠른 절차 내에서 라세미화 없이 고순도로 높은 수율의 펩타이드를 제공합니다.
(연구 및 그래픽: ©Anuradha 및 Ravindranath, 1995)
개선되고 가속화된 펩타이드 합성을 위한 초음파 교반 반응기. 그림은 보여줍니다 초음파기 UP200St 교반 유리 반응기에서.
펩타이드 합성을 위한 고성능 초음파기
Hielscher 초음파는 직접 및 간접 초음파를위한 다양한 초음파 솔루션을 제공합니다. 강력하고 정밀하게 제어 가능한 초음파 프로세서는 반응 용기에 정확한 양의 초음파 에너지를 공급합니다. 주사기, 튜브, 멀티 웰 플레이트 또는 유리 반응기를 합성 용기로 사용하든 Hielscher 초음파는 펩타이드 응용 분야에 가장 적합한 초음파를 제공합니다.
- 맞춤형 펩티드
- 대규모 펩타이드 생산
- 펩타이드 라이브러리
많은 펩타이드 합성은 주사기(예: 프릿 주사기 반응기)에서 수행됩니다. Hielscher의 초음파 주사기 교반기는 펩타이드 용액을 초음파 처리하여 주사기 벽을 통해 초음파를 액체로 결합합니다. 초음파 주사기 교반기는 펩타이드의 초음파 보조 합성을위한 가장 인기있는 초음파 솔루션 중 하나입니다.
초음파 cuphorn은 최대 5 개의 반응기 용기를 초음파 처리하는 데 적합한 도구이며, VialTweeter는 최대 10 개의 반응 튜브와 클램프 온 액세서리를 통해 5 개의 더 큰 용기를 수용 할 수 있습니다.
For other reactor types such as the Merrifield or Kamysz solid-phase reactor and other polypropylene or borosilicate vessels and reactors, Hielscher offers sonicators for indirect and direct sonication with customized clamp-on mounting or flange.
물론, 용액상 합성 등에 사용되는 대형 교반식 유리 반응기에는 어떤 크기의 초음파 프로브(소노트로드 또는 초음파 혼이라고도 함)라도 쉽게 장착할 수 있습니다.
- 다양한 초음파 발생기 유형
- 직접 및 간접 초음파 처리
- 정밀한 강도 제어
- 정확한 온도 제어
- 연속 또는 펄스 초음파
- 스마트 기능, 프로그래밍 가능한 장치
- 모든 볼륨에 사용 가능
- 선형 확장성
멀티웰/마이크로타이터 플레이트에서 고상 펩타이드 합성을 수행할 때, UIP400MTP는 이상적인 장치입니다. 초음파 캐비테이션이 수많은 시료 웰에 간접적으로 균일하게 전달되어 탁월한 물질 전달 및 합성 반응을 이끌어냅니다. 아래 동영상을 시청하여 마이크로플레이트 초음파 처리기 UIP400MTP가 작동 중입니다!
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Hielscher 초음파는 실험실, 파일럿 및 산업 규모에서 혼합 응용 분야, 분산, 유화 및 추출을위한 고성능 초음파 균질화기를 제조합니다.
초음파 펩타이드 합성에 대해 알아두면 좋은 사실들
펩타이드란 무엇인가요?
펩타이드는 여러 아미노산이 아미드 결합을 통해 연결된 화합물로, 소위 펩타이드 결합이라고 합니다. 복잡한 구조에 바인딩된 경우 – 일반적으로 50개 이상의 아미노산으로 구성된 이러한 대형 펩타이드 구조를 단백질이라고 합니다. 펩타이드는 생명의 필수 구성 요소이며 신체의 수많은 기능을 수행합니다.
펩타이드 합성은 어떻게 이루어지나요?
유기 화학, 분자 생물학 및 생명 과학에서 펩타이드 합성은 펩타이드를 생성하는 과정입니다. 펩타이드는 한 아미노산의 카르복실기와 다른 아미노산의 아미노기의 축합 반응을 통해 화학적으로 합성됩니다. 보호기(또한 보호기) 전략은 일반적으로 다양한 아미노산 곁사슬과의 원치 않는 부반응을 피하기 위해 사용됩니다.
화학적(시험관내) 펩타이드 합성은 대부분 유입되는 아미노산(C-말단)의 카르복실기를 성장하는 펩타이드 사슬의 N-말단에 결합하는 것으로 시작됩니다. 이러한 C-to-N 합성과는 반대로, 살아있는 유기체에서 긴 펩타이드의 천연 단백질 생합성은 반대 방향으로 발생합니다. 이것은 생합성에서 들어오는 아미노산의 N-말단이 단백질 사슬(N-to-C)의 C-말단에 연결되어 있음을 의미합니다.
펩타이드 합성을 위한 대부분의 연구 및 개발 프로토콜은 고체상 분석법을 기반으로 하는 반면, 용액상 합성 방법은 펩타이드의 대규모 산업 생산에서 찾을 수 있습니다.
펩타이드 합성 분야의 최신 동향은 무엇인가?
SUS-SPPS (지속 가능한 초음파 보조 SPPS) has been demonstrated to reduce the process to just two steps per cycle (combined coupling/capping/deprotection + single wash), significantly reducing solvent consumption and time. (cf. Mottola et al., 2025)
초음파 보조 TAPS 이는 총합성(예: 리포박틴)에서 그 효과가 입증된 새로운 조합으로, 현재 CDMO 업체들이 원료의약품(API) 제조를 위해 이를 연구하고 있다.
초음파를 이용한 태깅 펩타이드 합성의 장점을 확인해 보세요!
연속 처리 추가적인 개선 방안으로 검토되고 있다 – 실릴화 태그를 이용한 연속 일체형 합성 플랫폼이 보고된 바 있다.
이 분야는 녹색 화학의 원칙을 향해 나아가고 있으며, 초음파와 TAPS 모두 용매 사용량 감소, 시약 투입량 절감, 그리고 지속 가능성 향상에 기여하고 있습니다.
문헌 / 참고문헌
- Merlino, F., Tomassi, S., Yousif, A. M., Messere, A., Marinelli, L., Grieco, P., Novellino, E., Cosconati, S., Di Maro, S. (2019): Boosting Fmoc Solid-Phase Peptide Synthesis by Ultrasonication. Organic Letters, 21(16), 2019. 6378–6382.
- Andrew M. Bray; Liana M. Lagniton; Robert M. Valerio; N.Joe Maeji (1994): Sonication-assisted cleavage of hydrophobic peptides. Application in multipin peptide synthesis. Tetrahedron Letters 35(48), 1994. 9079–9082.
- Silva, R., Franco Machado, J., Gonçalves, K., Lucas, F. M., Batista, S., Melo, R., Morais, T. S., & Correia, J. (2021): Ultrasonication Improves Solid Phase Synthesis of Peptides Specific for Fibroblast Growth Factor Receptor and for the Protein-Protein Interface RANK-TRAF6. Molecules (Basel, Switzerland), 26(23), 7349.
- Conejos-Sanchez, Inmaculada; Duro Castaño, Aroa; Vicent, María (2014): Peptide-Based Polymer Therapeutics. Polymers. 6. 515-551.
- Raheem, Shvan J; Schmidt, Benjamin W; Solomon, Viswas Raja; Salih, Akam K; Price, Eric W (2020): Ultrasonic-Assisted Solid-Phase Peptide Synthesis of DOTA-TATE and DOTA-linker-TATE Derivatives as a Simple and Low-Cost Method for the Facile Synthesis of Chelator-Peptide Conjugates. ACS Bioconjugate Chemistry, 2020.
- Salvatore Mottola, Alessandra Del Bene, Vincenzo Mazzarella, Roberto Cutolo, Ida Boccino, Francesco Merlino, Sandro Cosconati, Salvatore Di Maro, Anna Messere (2015): Sustainable Ultrasound-Assisted Solid-Phase peptide synthesis (SUS-SPPS): Less Waste, more efficiency. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 114, 2025.
- M.V. Anuradha, B. Ravindranath (1995): Ultrasound in peptide synthesis. 4: Rapid cleavage of polymer-bound protected peptides by alkali and alkanolamines. Tetrahedron Volume 51, Issue 19, 1995. 5675-5680.
- Wołczański, G., Płóciennik, H., Lisowski, M., Stefanowicz, P. (2019): The faster peptide synthesis on the solid phase using ultrasonic agitation. Tetrahedron Letters, 2019.
